TCP 如何保证可靠传输之 ARQ 协议

TCP 相比于 UDP 提供的是面向连接的、可靠的、字节流传输；

谈到 TCP 如何保证可靠传输这个问题，我们应该都知道的主要由以下几特点：

1、校验和（差错控制）：

对首部和数据进行端到端校验

2、流量控制：

连接双方都有固定大小的缓冲区，接收端只允许发送端发送自己缓冲区能存储的数据，当来不及处理时就会提醒发送方降低速率（你发慢点，老子搞不赢），保证包不丢失。（滑动窗口协议（连续ARQ协议）实现流量控制）

3、拥塞控制：

网络拥塞，较少数据发送

4、超时重传：

发出包会，启动定时器，等待确认

其实，更细致的还有：

1、分割数据块

2、包编号、有序传输

3、接收端丢弃重复数据

4、ARQ协议

这个ARQ 协议可能有些陌生，那么，咱们就盘一下：

首先搞清楚一个关系：

ARQ 协议是自动重传请求协议
AQR 协议是停止等待协议
停止等待协议是属于一种 ARQ 协议
即 AQR 属于 ARQ

哈哈，是不是眼花了？？？

ARQ 协议（自动重传请求 Automatic Repeat-reQuest）

基本原理：每次发完一个分组，就停止发送，等待对方确认，确认收到后再发送下一个分组。

ARQ 协议是 OSI 数据链路层和传输层的错误纠正协议之一，使用确认和超时两个机制，在不可靠服务的基础上实现可靠的信息传输。

AQR 协议（停止等待 ARQ 协议）

1、无差错情况：

发送数据分组，需要得到接收方确认 ACK ，如果一段时间没有收到确认，那就重新发送，直到确认后再发下一个分组。

2、若接收方收到重复分组：

就自己丢掉吧，但任然要发送确认回复给发送方。

3、分组丢失和出现差错的情况：

当分组丢失或出现差错的情况下，发送方都会超时重传分组

4、应答丢失和应答迟到的情况：

TCP会给每个字节流都打上序号，用于判断该分组是否已经接收。

应答丢失：

    若接收方正确收到分组，并已经返回应答，但应答在返回途中丢失了。

    此时发送方也收不到应答，从而超时重传。紧接着接收方又收到了该分组。

    接收者根据序号来判断当前收到的分组是否已经接收，若已接收则直接丢弃，并补上一个确认应答。


应答迟到：

    若由于网络拥塞，接收方迟迟收不到发送方发送的应答，因此会超时重传。

    接收方收到该分组后，发现已经接收，便丢弃该分组，并向发送方补上确认应答。发送方收到应答后便继续发送下一个分组。

    但经过了很长时间后，那个失效的应答最终抵达了发送方，此时发送方可根据序号判断该分组已经接收，此时只需简单丢弃即可。

注：

每发送完一个分组，该分组必须被保留，直到收到确认应答为止。

必须给每个分组进行编号。以便按序接收，并判断该分组是否已被接收。

必须设置超时计时器。每发送一个分组就要启动计时器，超时就要重发分组。

计时器的超时时间要大于应答的平均返回时间，否则会出现很多不必要的重传，降低传输效率。但超时时间也不能太长。

优点：简单

缺点：信道利用率低、等待时间长

连续 ARQ 协议（滑动窗口协议）

在ARQ协议发送方每次只能发送一个分组，在应答到来前必须等待。

而连续ARQ协议的发送者拥有一个发送窗口，发送者可以在没有得到应答的情况下连续发送窗口中的分组。

对应接收方也有一个 接收窗口 ，接受者并不需要每收到一个分组就返回一个应答，而是连续按顺序接收之后，统一答复。

注：

1.接收者收到的字节会存入接收窗口，接收者会对已经正确接收的有序字节进行累计确认，发送完确认应答后，接收窗口就可以向前移动指定字节。

2.同一时刻发送窗口的大小并不一定和接收窗口一样大。

3.发送窗口的大小还受网络拥塞情况影响。当网络出现拥塞时，发送窗口将被调小。

    TCP标准并未规定未按序到达的字节的处理方式。
    但TCP一般都会缓存这些字节，等缺少的字节到达后再交给应用层处理。
    这比直接丢弃乱序的字节要节约带宽。

    TCP标准规定接收方必须要有累计确认功能。
    接收方可以对多个TCP报文段同时确认，但不能拖太长时间，一般是0.5S以内。

优点：提高信道利用率、容易实现、确认丢失不必重传